CN115142007B - 锅具的处理方法以及锅具 - Google Patents

锅具的处理方法以及锅具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锅具的处理方法以及锅具。本发明的锅具的处理方法包括以下步骤。步骤(i)：通过热喷涂将非晶合金粉末喷涂在锅具的表面，从而形成非晶合金涂层；以及步骤(ii)：对非晶合金涂层的表层进行重熔，从而在非晶合金涂层的表面形成重熔层。根据本发明，能够使锅具兼具优异的耐磨性和优异的耐蚀性。

Description

锅具的处理方法以及锅具
技术领域
本发明涉及炊具领域，更具体地讲，涉及一种锅具的处理方法以及一种锅具。
背景技术
锅具是日常生活中必不可少的炊具之一。在锅具的使用过程中，其表面会不可避免地长期接触到酸性、碱性物质而引起腐蚀。另外，锅具的表面也容易与锅铲等坚固物体碰撞从而造成磨损。腐蚀和磨损都成为影响锅具使用寿命的重要因素。
目前应用于锅具的表面保护技术主要有无涂层防锈技术、高分子层防锈技术等。其中，无涂层防锈技术主要以表面渗氮、阳极氧化、化学钝化技术为代表，其优点在于使得锅具健康美观、其表面坚硬易翻炒，但缺点是锅具的表面耐蚀性不佳。其代表产品有精铁真不锈、铸铁真不锈等。高分子层防锈技术主要以利用高分子封闭剂为代表，其优点在于成本低、初始耐蚀性佳，但缺点是高分子质地软，消费者实际使用时高分子层会被锅铲破坏，导致耐蚀性急剧下降，并且消费者对高分子锅具产品也有不健康的印象。其代表产品有低端铸铁喷涂锅等。
因此，亟需一种能够使锅具的防腐性能和耐磨性能俱佳的表面保护技术。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题中的一个或多个，本发明提供一种锅具的处理方法和一种锅具。
本发明的锅具的处理方法包括以下步骤：步骤(i)：通过热喷涂将非晶合金粉末喷涂在锅具的表面，从而形成非晶合金涂层；以及步骤(ii)：对上述非晶合金涂层的表层进行重熔，从而在上述非晶合金涂层的表面形成重熔层。如此，能够通过在锅具的表面形成非晶合金涂层来提高锅具的耐磨性，并且通过在非晶合金涂层的表面形成重熔层，将非晶合金涂层的表面的孔隙封闭，阻挡腐蚀介质进入非晶合金涂层，进而腐蚀锅体，因此使锅具具有优异的耐蚀性能。
根据本发明的示例性实施例，在上述步骤(i)中，通过采用多次喷涂来形成上述非晶合金涂层，每次喷涂的厚度为45～55μm。如此，能够防止在热喷涂时非晶合金涂层过热，影响非晶相含量。
根据本发明的示例性实施例，在上述步骤(i)中形成的上述非晶合金涂层的厚度为200～500μm。如此，通过将非晶合金涂层的厚度限定在该范围内，能够防止因非晶合金涂层过薄(如果仅2～3层非晶合金粉末沉积层，没后续喷涂粒子的夯实作用，则沉积粒子受力变形较小，非晶合金涂层的致密度较差)导致非晶合金涂层疏松多孔，后处理余量过小。并且能够防止因非晶合金涂层过厚导致喷涂时非晶合金涂层中热量集中，内部部分组织产生晶化转变，非晶相比例降低，使得非晶合金涂层的耐蚀性下降。
根据本发明的示例性实施例，在上述步骤(i)中形成的上述非晶合金涂层中的非晶相占比为80质量％以上。如此，能够防止因非晶相含量过低而导致的耐腐蚀性下降且不粘性下降，而且能够减小因后续的重熔过程中晶化转变带来的影响。
根据本发明的示例性实施例，在上述步骤(ii)中，利用激光束或者粒子束对上述非晶合金涂层的表层进行重熔。如此，能够更加容易地控制非晶合金涂层上的重熔层的厚度。
根据本发明的示例性实施例，上述重熔层的厚度为10～40μm。将重熔层的厚度设定在该范围是因为，非晶合金涂层的内层具有“夯实作用”，因此孔隙率不高，如果过度加厚重熔区，重熔提升的效果也不会进一步提升，相反，由于在重熔过程伴随着大量的热输入，重熔区的部分组织会发生晶化转变，所以重熔区过厚，会导致非晶相占比提高，引入晶界偏析等缺陷。而重熔层的过薄则会导致减小或封闭非晶合金涂层的表面的孔隙效果受到影响。
根据本发明的示例性实施例，上述重熔层的厚度为20～30μm。通过重熔层的厚度设定在该范围内，能够进一步提高非晶合金涂层的性能。
根据本发明的示例性实施例，上述非晶合金粉末为从由铁基非晶合金粉末、锆基非晶合金粉末、铜基非晶合金粉末、铝基非晶合金粉末、镁基非晶合金粉末、钛基非晶合金粉末以及等原子比高熵非晶合金粉末组成的组中选择的任意一种或几种。通过选择合适的非晶合金粉末，能够进一步提高锅具的性能。
另外，本发明所提供的锅具是经过上述锅具的处理方法处理而成。通过对锅具进行以上的处理，能够提供一种具有足够的耐磨性和优异的耐蚀性的锅具。
根据本发明的示例性实施例，上述锅具可以为铁制锅具或镁合金制锅具。
具体实施方式
现在，将在下文中更充分地描述本发明构思。
具体来说，在防腐技术的应用研究中，非晶合金涂层由于其非晶结构，因此具有非常广阔的应用前景。非晶合金又称为液态金属，由于其没有像晶体合金那样的晶界、孪晶、晶格缺陷、位错、层错等结构缺陷，而且没有异相、析出物、偏析以及其他成分起伏，是一种混乱的无序结构，因此在化学上具有高度的均匀一致性，受到外力时不存在晶界滑移等塑性变形形式，具有更高的强度。另外，由于非晶合金中没有晶粒和晶界，因此非晶合金比晶态金属更加耐腐蚀，一般不发生局部腐蚀，且点蚀受到抑制。因此，考虑通过在锅具的表面设置非晶合金涂层，来提高锅具的耐磨性和耐蚀性。
通常非晶合金涂层中的非晶含量越高，孔隙率越低，则非晶合金涂层的耐蚀性越好。但常规的非晶合金涂层在制备过程中往往底层致密，表层因为没有后续的“夯实作用”导致孔隙较多。如果希望降低孔隙率，一般需要使非晶合金粉末吸收更多的热量，使非晶合金粉末充分受热熔化，达到降低孔隙的目的。但是当非晶合金粉末吸收更多的热量时容易发生晶化转变，减小非晶相含量。而本发明人发现，如果在锅具的表面形成非晶合金涂层之后，通过使非晶合金涂层部分地重熔，从而能够减小或封闭非晶合金涂层表面的孔隙，达到隔绝腐蚀介质的效果。由此，完成了本发明。
具体来说，本发明的锅具的处理方法包括：步骤(i)：通过热喷涂将非晶合金粉末喷涂在锅具的表面，从而形成非晶合金涂层；以及步骤(ii)：对非晶合金涂层的表层进行重熔，从而在非晶合金涂层的表面形成重熔层。如此，能够通过在锅具的表面形成非晶合金涂层来提高锅具的耐磨性，并且通过在非晶合金涂层的表面形成重熔层，能够将非晶合金涂层的表面的孔隙封闭，阻挡腐蚀介质进入非晶合金涂层，进而腐蚀锅体，因此使锅具具有优异的耐蚀性能。
其中，在步骤(i)中，热喷涂可以是低压等离子喷涂、超音速火焰喷涂、氧乙炔火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂等中的任意一种。其中，优选采用低压等离子喷涂。
以采用低压等离子工艺进行热喷涂为例，步骤(i)具体包括如下工序：工序(a)对锅具的基体表面进行预处理。首先，锅胚采用碱性溶剂清洗表面油污后用清水洗净，烘干，然后再进行喷砂粗化，从而增加基体表面的粗糙度，提高后续喷涂层的结合力；工序(b)将锅体预热。采用加热炉预热，预热温度为200℃～300℃，通过预热可以减少基体与高温粉末的温差，减少基体与涂层的热应力，提高涂层的质量和结合强度；工序(c)等离子起弧，喷涂形成非晶合金涂层；工序(d)使形成的非晶合金涂层自然冷却后，采用120目砂纸对表面进行砂光处理，砂光后使表面粗糙度Ra达到1μm～2μm。其中，优选热喷涂的工艺参数如下：喷涂室真空度抽至3Pa，冲入氩气至6×103Pa，转移弧功率为30Kw，电弧电流为600A～800A，喷涂距离为120mm，喷涂角度为60°～80°，锅体预热温度为200℃～300℃，送粉速度为10～40g/min，氢气压力为0.3～0.7MPa，流量为5～10L/min。
其中，在上述步骤(i)中，优选通过采用多次喷涂来形成非晶合金涂层，每次喷涂的厚度为45～55μm。如此，能够防止在热喷涂时非晶合金涂层过热，影响非晶相含量。
另外，在上述步骤(i)中形成的非晶合金涂层的厚度优选为200～500μm，更加优选为300～400μm，最优选为350μm左右。如此，通过将非晶合金涂层的厚度限定在该范围内，能够防止因非晶合金涂层过薄(如果仅2～3层非晶合金粉末沉积层，没后续喷涂粒子的夯实作用，则沉积粒子受力变形较小，非晶合金涂层的致密度较差)导致非晶合金涂层疏松多孔，后处理余量过小。并且能够防止因非晶合金涂层过厚导致喷涂时非晶合金涂层中热量集中，内部部分组织产生晶化转变，非晶相比例降低，使得非晶合金涂层的耐蚀性下降。
另外，在上述步骤(i)中形成的非晶合金涂层中的非晶相占比优选为80质量％以上。如此，能够防止因非晶相含量过低而导致的耐腐蚀性下降且不粘性下降，而且能够减小因后续的重熔过程中晶化转变带来的影响。
另外，在上述步骤(ii)中，可以选择适当的方法来进行非晶合金涂层的部分重熔。优选利用激光束或者粒子束对非晶合金涂层的表层进行重熔。如此，能够更加容易地控制非晶合金涂层的重熔层的厚度。如此形成的涂层的组织由内部致密的非晶区(即非晶合金涂层)与表层致密的封闭区(即重熔层)组成，封闭区同时存在晶相与非晶相。
应予说明，在本发明中，重熔过程与热喷涂方法不同之处在于，重熔过程仅使非晶结构的表层完全熔化，消除孔隙直接形成封闭层。重熔层的厚度优选为10～40μm，更加优选为20～30μm，进一步优选为25～28μm。将重熔层的厚度设定在该范围是因为，非晶合金涂层的内层具有“夯实作用”，因此孔隙率不高，如果过度加厚重熔区，重熔提升的效果也不会进一步提升，相反，由于在重熔过程伴随着大量的热输入，重熔区的部分组织会发生晶化转变，所以重熔区过厚，会导致非晶相占比提高，引入晶界偏析等缺陷。而重熔层的过薄则会导致减小或封闭非晶合金涂层的表面的孔隙效果受到影响。另外，基于本发明的公开内容，本领域技术人员可以根据选用的非晶合金粉末的种类，合理调整施用激光束或者粒子束的时间和强度等来控制重熔层的厚度，因此，在本说明书中不再赘述。
在本发明中，非晶合金粉末优选是从由铁基非晶合金粉末、锆基非晶合金粉末、铜基非晶合金粉末、铝基非晶合金粉末、镁基非晶合金粉末、钛基非晶合金粉末以及等原子比高熵非晶合金粉末组成的组中选择的任意一种或几种。另外，非晶合金粉末的主要元素成分可以包括Fe、Zr、Cμ、Al、Mg、Ti、Sn、Ni、Pb、Zn、Nd、Ga、Mo、Hf、Cr、Ca、Y、Si、P、B、C等。例如，非晶合金粉末的成分以原子百分比表示，可以为Zr60-Cr20-Al13-Ni5-Hf2、Zr65-(Ti)-Ni10-Al10-Cu 15(其中，“(Ti)”是指微量含有或不含有)、Fe80-Cr5-Mo6-B4-Si5、Fe50-Zr20-Cr9-B6-Cμ10-Y5等。另外，在本说明书中，等原子比高熵合金是指本领域所公知的包含四种以上的合金元素并且各种合金组元的原子百分比相等或基本相等。具体来说，等原子比高熵非晶合金可以为Fe20-Sn20-Pb20-P20-C20等。通过选择合适的非晶合金粉末，能够进一步提高锅具的性能。
应予说明，在本发明中，非晶合金粉末的制备方法可以采用现有技术中通常使用的方法。优选采用雾化制粉法来制备非晶合金粉末。以铁基非晶合金粉末为例，将铁基非晶合金熔融液射向高速旋转(其表面线速度可达100m/s)的铜制急冷盘上，在离心力的作用下，合金液雾化后凝固成的细粒就会向四周散开，通过装在盘上四周的气体喷嘴喷吹惰性气体以加速冷却。该方法冷却速率可达106K/s，使合金组织来不及结晶以过冷态凝固，形成非晶合金粉末。
另外，本发明的锅具可以采用通常所使用的锅具，例如可以为铁制锅具或镁合金制锅具。
下面结合实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[实施例1]
(1)制备非晶合金粉末
将Fe、Cr、Mo、B、Si这五种金属材料按照合金化学式Fe80-Cr5-Mo6-B4-Si5中的原子百分比含量进行配料，将上述合金原料在熔炼炉中熔炼成铁基熔融合金液，将该铁基熔融合金液喷射向高速旋转的铜制急冷盘上，在离心力的作用下，铁基熔融合金液雾化后凝固成的细粒向四周散开，通过装在急冷盘四周的气体喷嘴喷吹惰性气体，使细粒加速冷却，形成铁基非晶合金粉末。
(2)制备非晶合金涂层
工序(a)：对锅具的表面进行预处理
用碱性溶剂清洗锅具的表面油污，再用清水清洗后烘干。然后，对表面进行喷砂粗化。
工序(b)：预热锅体
用加热炉将锅体预热到230℃。
工序(c)：形成非晶合金涂层
将喷涂室的真空度抽至3Pa，然后冲入氩气至6×103Pa。利用等离子起弧，将铁基非晶合金粉末分六次热喷涂于经预热的锅体表面，每次喷涂厚度50μm，形成厚度为200μm的非晶合金涂层。其中，等离子弧功率设为30Kw，电弧的电流设为700A，喷涂距离设为120mm，喷涂角度设为70°，送粉速度设为25g/min，氢气压力设为0.5MPa，流量设为7L/min。
工序(d)：砂光
将形成的非晶合金涂层自然冷却至室温，用120目砂纸对非晶合金涂层的表面进行砂光处理。通过粗糙度仪，确认非晶合金涂层的表面粗糙度Ra达到1μm～2μm后结束砂光处理。
(3)表面重熔
通过对非晶合金涂层的表层照射激光束，使非晶合金涂层的表层进行重熔，在非晶合金涂层的表面形成厚度为15μm左右的重熔层。
由此，最终得到本发明的锅具。
[实施例2]
(1)制备非晶合金粉末
将Zr、Cr、Nb、Ni、Hf这五种金属材料按照合金化学式Zr60-Cr20-Nb13-Ni5-Hf2中的原子百分比含量进行配料，按照与上述实施例1相同的方法，制备锆基非晶合金粉末。
(2)制备非晶合金涂层
工序(a)对锅具的表面进行预处理
用碱性溶剂清洗锅具的表面油污，再用清水清洗后烘干。然后，对表面进行喷砂粗化。
工序(b)：预热锅体
用加热炉将锅体预热到280℃。
工序(c)：形成非晶合金涂层
将喷涂室的真空度抽至3Pa，然后冲入氩气至6×103Pa。利用等离子起弧，将锆基非晶合金粉末分六次热喷涂于经预热的锅体表面，每次喷涂厚度50μm，形成厚度为300μm的非晶合金涂层。其中，等离子弧功率设为30Kw，电弧的电流设为700A，喷涂距离设为120mm，喷涂角度设为70°，送粉速度设为25g/min，氢气压力设为0.5MPa，流量设为7L/min。
工序(d)：砂光
将形成的非晶合金涂层自然冷却至室温，用120目砂纸对非晶合金涂层的表面进行砂光处理。通过粗糙度仪，确认非晶合金涂层的表面粗糙度Ra达到1μm～2μm后结束砂光处理。
(3)表面重熔
通过对非晶合金涂层的表层照射激光束，使非晶合金涂层的表层进行重熔，在非晶合金涂层的表面形成厚度为15μm左右的重熔层。
由此，最终得到本发明的锅具。
[实施例3]
除了在步骤(3)中形成在非晶合金涂层的表面形成厚度为25μm左右的重熔层以外，按照与上述实施例1相同的方法，得到具有表面经重熔的非晶合金涂层的锅具。
[实施例4]
除了在步骤(3)中形成在非晶合金涂层的表面形成厚度为38μm左右的重熔层以外，按照与上述实施例1相同的方法，得到具有表面经重熔的非晶合金涂层的锅具。
[比较例1]
除了不进行步骤(3)的表面重熔工序以外，按照与上述实施例1相同的方法，得到表面设置有非晶合金涂层的锅具。
[比较例2]
除了在步骤(3)中形成在非晶合金涂层的表面形成厚度为5μm左右的重熔层以外，按照与上述实施例1相同的方法，得到具有表面经重熔的非晶合金涂层的锅具。
[比较例3]
除了在步骤(3)中形成在非晶合金涂层的表面形成厚度为60μm左右的重熔层以外，按照与上述实施例1相同的方法，得到具有表面经重熔的非晶合金涂层的锅具。
性能指标测试
检测上述实施例1～4以及比较例1～3得到的锅具的性能，并将其记载于表1。其中，性能测试方法如下：
(1)耐磨性检测方法
采用涂料耐磨性试验机检测，耐磨次数越多，则耐磨性越好。
(2)耐蚀性检测方法
采用苏泊尔内控标准：5％盐雾24小时以上不生锈；煮5％盐水，保持微沸，3小时以上不生锈；浸泡2％乙酸，3小时以上不生锈。
表1：性能指标测试结果
根据上述表1，通过将实施例1与实施例2对比可知，锆基非晶合涂层的性能明显优于铁基非晶合金涂层。另外，将实施例1、实施例3、实施例4对比可知，重熔层的厚度为20～30μm的范围内的涂层综合性能最佳。另外，将实施例1与比较例1对比可知，与表面没有重熔层或重熔层的厚度极薄的非晶合金涂层的锅具相比，表面具有合适厚度的重熔层的非晶合金涂层的锅具耐腐蚀性显著提高。另外，通过将实施例1与比较例3对比可知，表面的重熔层过厚，其耐腐蚀性也不会进一步提高，但是其耐磨性会受损，而且，重熔层过厚也会影响锅具的不粘性。
综上所述，根据本发明，具有如下有益效果：
(1)通过在锅具的表面形成非晶合金涂层，并对非晶合金涂层表面进行重熔处理，使得经处理后的非晶合金涂层具有如下特点：
①高硬度：能满足家庭正常铁铲翻炒甚至铁铲敲击而不变形或磨损；
②耐蚀性佳：完全能够满足家庭正常烹饪环境下的耐蚀性要求。
(2)本发明在常规液态金属涂层制备的基础上，通过后处理手段，将液态金属涂层表面的孔隙封闭，阻挡腐蚀介质进入涂层，腐蚀锅体，因此具有优异的耐蚀性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (4)

1.一种锅具的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(i)：通过热喷涂将非晶合金粉末喷涂在锅具的表面，从而形成非晶合金涂层；以及
步骤(ii)：对所述非晶合金涂层的表层进行重熔，从而在所述非晶合金涂层的表面形成重熔层，
其中，在所述步骤(i)中，通过采用多次喷涂来形成所述非晶合金涂层，每次喷涂的厚度为45～55μm，并且形成的所述非晶合金涂层的厚度为200～500μm，
其中，在所述步骤(i)中形成的所述非晶合金涂层中的非晶相占比为80质量％以上，并且
其中，所述重熔层的厚度为10～28μm，并且所述非晶合金粉末为Zr60-Cr20-Nb13-Ni5-Hf2。
2.根据权利要求1所述的锅具的处理方法，其特征在于，在所述步骤(ii)中，利用激光束或者粒子束对所述非晶合金涂层的表层进行重熔。
3.一种锅具，其特征在于，所述锅具经过权利要求1～2中任一项所述的锅具的处理方法处理而成。
4.根据权利要求3所述的锅具，其特征在于，所述锅具为铁制锅具或镁合金制锅具。
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